تسلط بر HDI PCB طراحی: راهنمای عملی برای مهندسان

پاسخ مستقیم

طراحی HDI PCB از میکروویاهای حفاری شده با لیزر، ردپای ریز و لایه‌گذاری متوالی برای مسیریابی بسته‌های BGA با تعداد بالای پین در فاکتورهای فرم فشرده استفاده می‌کند. با برنامه ریزی از طریق انواع، تقارن پشته و محدودیت مواد، می توانید هزینه ساخت را کاهش دهید و از خرابی قابلیت اطمینان جلوگیری کنید. این راهنما HDI را از دیدگاه تولید توضیح می‌دهد و به شما کمک می‌کند تا از طریق DFM، و تصمیم‌گیری منابعی که تولید را حفظ می‌کنند، پشته‌افکنی کنید.

چرا HDI PCB طراحی برای الکترونیک مدرن مهم است

فناوری اتصال با چگالی بالا (HDI) وجود دارد زیرا بردهای معمولی با سوراخ معمولی و چند لایه استاندارد نمی‌توانند تعداد پین‌های موجود در BGAs، QFNs و چیپ‌لت‌های مدرن را از نظر اقتصادی هدایت کنند. هنگامی که یک گام 0.4 میلی متری BGA دارای بیش از 500 ورودی/خروجی باشد، چگالی مسیریابی فرار مورد نیاز از چیزی فراتر می رود که یک برد 8 لایه سنتی با ردیابی 0.1 میلی متری می تواند ارائه دهد. HDI این مشکل را با انتقال چگالی اتصال از سوراخ حفر شده به لایه مس حل می کند.

مزایای الکتریکی فراتر از چگالی مسیریابی

HDI صرفاً یک راحتی مسیریابی نیست. مسیرهای سیگنال کوتاه‌تر بین vias اندوکتانس و ظرفیت انگلی را کاهش می‌دهد، که به طور مستقیم یکپارچگی سیگنال را برای رابط‌های پرسرعت مانند DDR4/DDR5، PCIe Gen4/5 و خطوط سریال‌ساز/درسیالایزر بهبود می‌بخشد. یک میکروویا با قطر مته 0.075 میلی‌متر تقریباً نیمی از ظرفیت انگلی یک سوراخ استاندارد 0.2 میلی‌متری آبکاری شده در همان پشته را دارد. این تفاوت در نرخ سیگنال دهی + گیگابیت بر ثانیه که در آن هر فمتوفاراد به عدم تطابق امپدانس و لرزش کمک می کند اهمیت دارد.

داستان یکپارچگی قدرت مشابه است. Via-in-pad برای جدا کردن خازن ها، کلاهک بای پس را مستقیماً زیر یا در مجاورت پایه پاور قرار می دهد و اندوکتانس حلقه را به حداقل می رساند. برای طرح‌های سیگنال مختلط، HDI به شما امکان می‌دهد با اجتناب از سوراخ‌هایی که از مس جامد عبور می‌کنند، صفحات مرجع آنالوگ و دیجیتال را دست نخورده نگه دارید.

وقتی HDI انتخاب درستی است

در صورت اعمال هر یک از شرایط زیر، باید HDI را در نظر بگیرید:

• شما یک BGA با گام 0.4 میلی متر یا کمتر دارید.
• ناحیه برد شما محدود است (به عنوان مثال، پوشیدنی‌ها، دستگاه‌های دستی، پروب‌های پزشکی).
• طراحی شما نیازمند via-in-pad برای جداسازی یا مدیریت حرارتی است.
• شما باید تعداد لایه ها را با استفاده از مسیریابی فرار میکروویی به جای vias های کور/دفنی در لایه های استاندارد کاهش دهید.
• جفت‌های دیفرانسیل شما به کنترل امپدانس زیر 100 Ω با تلرانس تنگ (5±%) نیاز دارند.

برعکس، اگر برد شما دارای گام BGA 0.65 میلی متر یا بزرگتر، کمتر از 200 شبکه و 4 تا 6 لایه فضای مسیریابی باشد، تولید چند لایه استاندارد اقتصادی تر است. HDI چرخه‌های لایه‌کاری و مراحل حفاری لیزری را اضافه می‌کند، که قبل از اینکه حتی بازده را در نظر بگیرید، هزینه پایه را افزایش می‌دهد.

HDI Stackup Planning: The Engineering Foundation

Stackup تنها مهم ترین تصمیم در طراحی HDI است. از طریق انواع، تعداد لمینیت، انتخاب مواد و هزینه نهایی تعیین می شود. یک استک آپ با برنامه ریزی ضعیف اغلب طراحی مجدد را مجبور می کند زیرا معماری از طریقی که شما انتخاب کرده اید نمی تواند ساخته شود یا الزامات امپدانس را برآورده نمی کند.

HDI انواع ایجاد و چرخه‌های لمینیت

IPC-2226 (استاندارد طراحی خاص HDI) بردهای HDI را بر اساس ساختار ساخت طبقه بندی می کند. از دیدگاه تولید، متغیر کلیدی تعداد چرخه های لایه بندی متوالی است. هر چرخه لمینیت هزینه، زمان سرب و ریسک بازده را اضافه می کند.

هر چرخه ورقه ورقه ای تنش انبساط حرارتی را معرفی می کند. اگر استک آپ شما نامتقارن باشد (مثلاً 1+6+1 به جای 2+6+2)، برد می تواند پس از جریان مجدد تاب بخورد. IPC-6012، استاندارد صلاحیت برای PCBهای سفت و سخت، مستلزم آن است که ساخت از محدودیت های پیچ و تاب برای برد مونتاژ شده نهایی برخوردار باشد. توزیع نامتقارن مس در بین لایه‌های ایجاد شده، شایع‌ترین علت شکست اتصال لحیم کاری سطح میدان در مجموعه‌های HDI است.

انتخاب مواد برای HDI

FR-4 استاندارد با Tg 130-140 درجه سانتیگراد برای اکثر لایه‌بندی‌های HDI کافی نیست زیرا چرخه‌های حرارتی مکرر در طول لایه‌کاری متوالی، سیستم رزین را تخریب می‌کند. بسته به سرعت سیگنال خود، حداقل از مواد Tg 170 (مانند FR4-TG170) یا یک لمینت کم تلفات (مانند Isola 370HR، Panasonic Megtron 6) استفاده کنید. ورقه ورقه همچنین باید با حفاری لیزری سازگار باشد. مواد با محتوای پرکننده شیشه ای بالا می توانند از طریق اشکال ناهموار یا باقیمانده بیش از حد در قسمت پایینی ایجاد کنند.

برای کنترل امپدانس، توجه داشته باشید که ثابت دی الکتریک (Dk) پیش آغشته مورد استفاده بین لایه‌های انباشته پس از لایه‌گذاری تغییر می‌کند. فاصله جفت دیفرانسیل خود را با استفاده از مقادیر Dk پس از لایه‌بندی طراحی کنید، نه مقادیر برگه داده مواد خام. بسیاری از سازندگان این داده ها را در اسناد راهنمای طراحی خود ارائه می دهند. اگر از یک سازنده جدید منبع می گیرید، همیشه مقادیر Dk/Df آنها را که در ابزارهای محاسبه امپدانس آنها استفاده می شود، بپرسید. IPC-4101 مشخصات مواد لمینت را پوشش می دهد، اما Dk خاصی را که باید طراحی کنید را تعیین نمی کند. این یک تصمیم خاص ساختگی است.

از طریق معماری: Microvias، Blind، Buried و Via-in-Pad

انتخاب انواع via به طور مستقیم چگالی مسیریابی و بازده تولید را کنترل می کند. درک فرآیندهای مته لیزری، آبکاری و پر کردن به شما کمک می کند تا تصمیماتی بگیرید که عیوب ساخت را کاهش دهد.

هندسه میکروویا و نسبت ابعاد

میکروویا با قطر مته معمولی بین 0.075 میلی متر و 0.125 میلی متر با لیزر سوراخ می شود. نسبت تصویر (عمق به قطر) به دلیل توانایی مته لیزری برای ایجاد یک محیط تمیز و قابل پخش محدود است. برای اکثر سازندگان، حد عملی 1:1 برای میکروویاهای استاندارد است. برخی از فروشگاه های گران قیمت می توانند 1.5:1 را به دست آورند، اما با هزینه بالاتر و بازدهی کمتر.

یک اشتباه رایج طراحی میکروویا با نسبت تصویر بالا برای کاهش اندازه پد ضبط است. فرآیند آبکاری (معمولاً مس الکترولس و سپس آبکاری الکترولیتی) باید مس را به طور یکنواخت در داخل بشکه رسوب کند. اگر نسبت ابعاد از قدرت پرتاب حمام آبکاری بیشتر شود، بشکه وایا دارای مس نازکی در مرکز خواهد بود و نقصی در قابلیت اطمینان پنهان ایجاد می کند که فقط پس از چرخه حرارتی ظاهر می شود. استکاپ خود را طوری طراحی کنید که عمق هر میکروویا از قطر مته تجاوز نکند.

Blind and Buried Vias: زمان استفاده از آنها

Vias های کور یک لایه بیرونی را به یک یا چند لایه داخلی متصل می کنند، در حالی که vias های مدفون فقط لایه های داخلی را متصل می کنند. اینها به صورت مکانیکی حفاری می شوند و به مراحل فرآیندی بیشتری نسبت به میکروویا نیاز دارند. هنگامی که شما نیاز دارید یک پد BGA را بدون مسیریابی از لایه بیرونی به یک صفحه قدرت داخلی متصل کنید، vias های کور مفید هستند. Vias های مدفون برای انتقال سیگنال ها بین لایه های هسته زمانی که لایه های بیرونی برای عبور از طریق متراکم هستند مفید هستند.

قانون طراحی حیاتی از طریق قرار دادن و اندازه پد ضبط است. برای مسیرهای کور مکانیکی، حداقل حلقه حلقوی (حلقه مسی اطراف سوراخ حفر شده) باید حداقل 0.05 میلی متر در هدف برای کلاس 2 و 0.075 میلی متر برای کلاس 3 در هر IPC-6012 باشد. برای میکروویاها، پد جذب (پد مسی روی لایه هدف) باید حداقل قطر مته به اضافه 0.1 میلی متر در هر طرف باشد. اگر پد ضبط کافی باقی نگذارید، ممکن است لیزر به طور کامل روی مس قرار نگیرد و باعث ایجاد یک مدار باز یا میکروویی با دیواره‌ای مخروطی شود که در تست قابلیت اطمینان با شکست مواجه می‌شود.

Via-in-Pad: قوانین طراحی برای تابلوهای BGA و HDI

Via-in-pad یک میکروویا را مستقیماً در داخل یک کامپوننت پد قرار می دهد، که برای مسیریابی فرار BGA با چگالی بالا معمول است. نگرانی اصلی یکپارچگی مفصل لحیم کاری است. هنگامی که یک ویا پر یا وصل نمی شود، لحیم کاری در حین جریان مجدد، لوله ورودی را پایین می آورد و لحیم کافی را در رابط مشترک باقی نمی گذارد.

برای via-in-pad، ویاهای پر شده با مس (پر شده با مس الکترولیتی و سپس درپوش با مس تخت) راه حل برتر هستند. سطح کلاهک صاف یک پد لحیم کاری را فراهم می کند که با قطر توپ BGA مطابقت دارد. برای معیارهای ابعادی خاص، به جزئیات PCB قوانین طراحی از طریق پد برای تابلوهای BGA و HDI مراجعه کنید. قانون سرانگشتی: درپوش مسی پر شده باید در عرض 0.025 میلی متر صاف باشد تا از خالی شدن توپ لحیم جلوگیری شود. برای ویوهای غیر بحرانی، اتصال اپوکسی رسانا قابل قبول است، اما توجه داشته باشید که مقاومت را افزایش می دهد و برای مسیرهای جریان بالا نامناسب است.

DFM قوانین خاص برای HDI

طراحی برای قابلیت ساخت (DFM) یک چک لیست عمومی نیست. باید با فرآیندهای HDI که استفاده می کنید تنظیم شود. تعداد عیوب در HDI با تعداد عکس‌های مته لیزری، مراحل لایه‌برداری متوالی و عملیات پر کردن همبستگی مثبت دارد. هر مرحله فرآیند اضافی فرصتی برای ناهماهنگی، آلودگی یا آبکاری فضاهای خالی است.

اندازه و محل قرارگیری پد ضبط

تنظیمات پیش‌فرض via/pad ابزار EDA شما اغلب برای سوراخ‌های استاندارد طراحی شده‌اند. برای میکروویاها، باید این پیش فرض ها را لغو کنید. از دستورالعمل های زیر به عنوان نقطه شروع استفاده کنید:

• قطر مته میکروویا: 0.075-0.1 میلی متر
• قطر پد ضبط: قطر مته + 0.15 میلی متر (برای لایه بیرونی) و + 0.1 میلی متر (برای لایه داخلی)
• پدهای تعریف شده با ماسک غیر لحیم کاری (NSMD) بر ماسک لحیم تعریف شده (SMD) برای BGA و از طریق داخل پد ترجیح داده می شوند زیرا به روتر اجازه می دهند تا باز شدن ماسک را بدون برخورد با مس تنظیم کند.
• حداقل فاصله 0.1 میلی متری را بین پدهای جذب و ویژگی های مسی مجاور حفظ کنید تا از مشکلات ثبت در حین لمینیت متوالی جلوگیری شود. شریک تولید

وزن مس و فاصله ردیابی

HDI بر حکاکی با خط ریز تأکید دارد. حداقل رد/فضایی که می توانید بدست آورید به وزن مس بستگی دارد. برای 1/2 اونس مس (18 میکرومتر)، اکثر سازندگان می توانند خطوط و فضاهای 0.075 میلی متری (3 میل) را با اطمینان تولید کنند. برای 1 اونس مس (35 میکرومتر)، حداقل معمولاً 0.1 میلی متر (4 میل) است. تلاش برای ردیابی 0.075 میلی‌متری بر روی 1 اونس مس باعث می‌شود که در امتداد لبه‌های ردیابی، ردیاب‌های کم‌رنگی ایجاد شود، که باعث کاهش پهنای موثر رسانا و به‌طور بالقوه نقض تلرانس‌های امپدانس می‌شود.

هنگامی که کنترل امپدانس را مشخص می کنید، به یاد داشته باشید که ضخامت دی الکتریک بین صفحه ردیابی و صفحه مرجع، متغیر کنترل اولیه است. در انباشته های HDI، ضخامت پیش آغشته اغلب توسط چرخه های لایه بندی تعیین می شود. ممکن است لازم باشد فاصله صفحه مرجع را با افزودن یک لایه پیش آماده سازی اضافی تنظیم کنید تا به امپدانس تک سر 50 Ω ضربه بزنید، که سپس بر ضخامت کل تخته تأثیر می گذارد. همیشه محاسبات امپدانس را پس از نهایی کردن استک آپ انجام دهید، نه قبل از آن.

انتخاب پایان سطح

انتخاب پرداخت سطح روی لحیم کاری، اتصال سیم (در صورت استفاده) و هزینه هر اینچ مربع تأثیر می گذارد. برای پدهای BGA، ENIG (طلای غوطه‌وری نیکل بدون الکترو) مسطح بودن خوبی را ارائه می‌کند، اما زمانی که ضخامت طلای غوطه‌وری خارج از حد استاندارد باشد، از خطرات «بالشتک سیاه» رنج می‌برد. ENEPIG هم برای لحیم کاری و هم برای اتصال سیم آلومینیومی برتر است و قابلیت اطمینان درپوش مسی via-in-pad را بهبود می بخشد. برای محصولات مصرفی با حجم بالا، نقره غوطه‌وری یا OSP ارزان‌تر است، اما نیاز به رسیدگی دقیق دارد و برای چرخه‌های چندگانه جریان مجدد نامناسب است. اگر مجموعه شما بیش از یک بار برد HDI را چرخاند (به عنوان مثال، برای مونتاژ دو طرفه با سمت سنگین BGA)، ENIG یا ENEPIG را انتخاب کنید.

فرآیند بررسی DFM: تأیید طرح HDI شما

بررسی دقیق DFM قبل از ساخت، ارزان ترین بیمه در برابر حلقه های پرهزینه تجدید نظر است. فقط به DRC ابزار EDA خود اعتماد نکنید. ابزارهای سازنده DFM محدودیت‌های مختلف را بررسی می‌کنند، مانند فاصله از طریق مس در لایه‌های داخلی، نسبت ابعاد آبکاری، و تقارن لایه‌بندی.

گام به گام HDI DFM چک لیست

• [ ] بررسی کنید که نسبت ابعاد میکروویا در محدوده اعلام شده سازنده باشد.
• [ ] اطمینان حاصل کنید که استک آپ متعادل است: همان تعداد لایه و وزن مس در بالا و زیر هسته.
• [ ] بررسی کنید که پدهای جذب میکروویا حداقل 0.1 میلی متر بزرگتر از قطر مته باشد.
• [ ] برای via-in-pad، بررسی کنید که پرشده از طریق یک کلاهک صاف باشد و قطر پد با توپ BGA سازگار باشد.
• [ ] یک شبیه سازی یا بررسی دستی برای تعداد چرخه لایه برداری انجام دهید. هر چرخه اضافی به دلیل جریان مذاب پیش آغشته، ضخامت کل تخته را اندکی افزایش می دهد.
• [ ] تأیید کنید که مواد مشخص شده (به عنوان مثال، FR4-TG170) و پوشش سطح (به عنوان مثال، ENEPIG) از سازنده شما موجود است. اگر از یک لمینت خاص با تلفات کم استفاده می کنید، زمان تحویل موجودی را بررسی کنید.
• [ ] فایل مته را بازبینی کنید تا مطمئن شوید که هیچ مته روی صفحات مسی بدون تسکین حرارتی کافی (در صورت نیاز) همپوشانی ندارد.
• [ ] تأیید کنید که در محاسبات امپدانس از مقادیر Dk/Df سازنده استفاده می‌شود، نه مقادیر عمومی از صفحه داده ورقه‌ای.

ارتباط RFQ

RFQ شما باید دقیقاً به سازنده بگوید به چه ویژگی های HDI نیاز دارید. شامل:

• تعداد لایه ها و ضخامت کل تخته
• نوع ساخت (I، II، III یا هر لایه)
• از طریق انواع و ابعاد (دریل میکروویا، کور، مدفون، از طریق)
• استفاده و مشخصات از طریق پد (پر، درپوش، آبکاری شده)
• حداقل رد/فضا و وزن مس در هر لایه
• مقادیر امپدانس هدف و تلورانس ارجاع به گروه های جفت دیفرانسیل خاص
• پرداخت سطح
• مقدار Tg/Dk مواد
• به نسخه فایل PDF یا ODB++ خاص خود مراجعه کنید

فرض نکنید که سازنده از طریق الزامات پر کردن استنباط می کند. اگر via-in-pad را بدون "مس پر شده و درپوش" مشخص کنید، در بهترین حالت، ورقه های پر شده با اپوکسی یا بدتر از آن، گذرگاه های بدون پوشش دریافت خواهید کرد که باعث فتیله شدن لحیم می شوند. الزام را به صراحت بیان کنید.

مثال طراحی HDI عملی

یک برد 10 لایه HDI را برای یک FPGA با گام 0.5 میلی متری BGA در نظر بگیرید که به 400 شبکه سیگنال نیاز دارد. استک آپ یک ساختار 2+6+2 است:

• L1–L2: جفت لایه Microvia (دریل شده با لیزر)، مته 0.075 میلی متر
• L3–L8: لایه‌های اصلی با گذرگاه‌های کور و مدفون
• L9–L10: جفت لایه میکروویا (دریل شده با لیزر)

گام BGA 0.5 میلی‌متر است، بنابراین قطر پد برای NSMD 0.25 میلی‌متر است، با پد ضبط میکروویا 0.2 میلی‌متر در L2/L9. برای مسیریابی فرار، خروج هوا از L1 شروع می شود. میکروویا به L2 می‌افتد، و سپس مسیر را به صورت افقی روی L2 می‌پیماید، قبل از اینکه یک واسط مدفون به L4 برسد. لایه بالایی برای قرار دادن اجزای گام 0.5 میلی متری BGA و خازن های جداسازی گام 0.4 میلی متری استفاده می شود.

نیاز امپدانس 100 Ω ± 10% برای جفت دیفرانسیل DDR4 است. با Dk = 4.2 پس از لایه بندی، عرض ردیابی دیفرانسیل 0.09 میلی متر با فاصله 0.15 میلی متر است که به صفحه زمین جامد در L3 ارجاع داده می شود. اما از آنجا که L2 مسیریابی را نگه می دارد، صفحه مرجع باید L3 باشد و یک شکاف دی الکتریک 0.2 میلی متری ایجاد کند. این باعث می شود امپدانس به زیر 100 Ω کاهش یابد، بنابراین یک لایه 0.05 میلی متری پیش آغشته را بین L2 و L3 قرار می دهید تا شکاف را به مقدار مورد نیاز نزدیک کنید. این تنظیم کل ضخامت تخته را از 1.2 میلی متر به 1.3 میلی متر تغییر می دهد که بر روی فاصله مکانیکی محفظه تأثیر می گذارد.

این مثال ماهیت تکرار شونده طراحی HDI را نشان می دهد: هر via، لایه و تصمیم ضخامت دی الکتریک با هم تعامل دارند. از دستورالعمل های طراحی سازنده خود به عنوان یک برگه داده استفاده کنید، نه یک پیشنهاد.

اشتباهات متداول HDI و زمان درگیر کردن سازنده

اکثر خطاهای طراحی HDI در مرحله ساخت کشف می شوند، جایی که باعث تاخیر و افزایش هزینه می شوند. با درگیر کردن زودهنگام سازنده - قبل از اینکه برد به طور کامل روت شود - از حلقه های طراحی مجدد جلوگیری می کنید.

رایج ترین اشتباهات عبارتند از:

• نادرست از طریق انباشتن — انباشتن ورقه‌های با اندازه‌های مختلف مستقیماً روی هم، "پله‌ای" ایجاد می‌کند که به سختی پلاک می‌شود. افست انباشته vias کمی یا استفاده از پد ضبط بزرگتر.
• نادیده گرفتن چرخه‌های لمینیت - طراحی ساختاری که یک چرخه لمینیت اضافی را مجبور می‌کند به طور غیرضروری هزینه و زمان تولید را افزایش دهد.
• پدهای ضبط ناکافی — با تکیه بر پدهای پیش فرض EDA که برای ثبت لیزری بسیار کوچک هستند.
• نقض نسبت ابعاد — استفاده از یک میکروویا برای گستره بیش از دو لایه.
• نادیده گرفتن تقارن - یک انباشته نامتعادل با 4 لایه در بالای هسته و 2 لایه در زیر معمولاً پس از جریان مجدد تاب می یابد.
• تعیین بیش از حد ردیابی - نیاز به ردیابی 0.05 میلی متری در استاندارد FR4 زمانی که برنامه فقط به 0.075 میلی متر نیاز دارد، هزینه را بدون سود بالا می برد.
• فراموشی از طریق خیمه زدن - باز گذاشتن دریچه های لایه داخلی می تواند باعث فتیله شدن لحیم یا اتصال کوتاه در هنگام فشار دادن برد شود.

هنگامی که به نقض DFM برخورد کردید که با یک تغییر جزئی چیدمان نمی توانید آن را برطرف کنید، با سازنده تماس بگیرید. به طور خاص بپرسید: "آیا این اندازه از طریق پشته یا پد ضبط در توانایی تولید استاندارد شما است یا به انحراف مهندسی نیاز دارد؟" یک سازنده معتبر صادقانه پاسخ خواهد داد. به عنوان مثال، اگر طراحی شما به ساختار هر لایه HDI نیاز دارد و حجم شما محدود است، سازنده ممکن است ساختار نوع III را برای کنترل پذیر نگه داشتن فرآیند لمینیت توصیه کند.

چگونه HDI روی مونتاژ، بازرسی و قابلیت اطمینان تأثیر می گذارد

مونتاژ برد HDI با SMT استاندارد یکسان نیست. گام خوب و محتوای میکروویا بر پروفایل جریان مجدد، بازرسی اشعه ایکس و مدل‌سازی قابلیت اطمینان تأثیر می‌گذارد.

Reflow Profile and Moisture Sensitivity

تخته های HDI با چرخه های چند لایه لایه بندی، رطوبت را راحت تر در لبه های تخته و از طریق بشکه ها جذب می کنند. رطوبت محبوس شده در ورقه ورقه در طول جریان مجدد تبخیر می شود و باعث ایجاد لایه لایه شدن یا حفره های "پاپ کورن" در محل اتصالات می شود. قبل از پخت تخته ها در دمای 120 درجه سانتیگراد به مدت 2 تا 4 ساعت قبل از مونتاژ، علاوه بر الزامات MSL در سطح جزء، برای HDI روش استاندارد است. دیافراگم شابلون خمیر لحیم کاری برای یک BGA 0.4 میلی متری معمولاً 0.2 میلی متر است و رسوب خمیر می تواند متفاوت باشد. از SPI 3 بعدی با وضوح 10 میکرومتر برای تأیید ارتفاع خمیر در ± 5٪ استفاده کنید.

X-Ray محدودیت های بازرسی

بازرسی نوری خودکار معمولی (AOI) نمی تواند داخل میکروویا را ببیند. بازرسی اشعه ایکس برای تأیید یکپارچگی بشکه، ضخامت آبکاری و عدم وجود حفره در گذرگاه های پر شده مورد نیاز است. با این حال، توان عملیاتی اشعه ایکس کمتر از AOI است، بنابراین معمولاً بر اساس نمونه‌گیری اعمال می‌شود، مگر اینکه قرارداد مونتاژ، بازرسی 100% را برای اتصالات بحرانی الزامی کند. اگر طرح شما بیش از 5000 میکروویا در هر برد دارد، زمان بازرسی را در برنامه تولید خود لحاظ کنید.

Reliability Testing

IPC-6012 تخته های کلاس 2/3 از طریق چرخه حرارتی و تست استرس حرارتی تأیید می شوند. میکروویاهای پر نشده می توانند آزمایش الکتریکی اولیه را پشت سر بگذارند اما پس از 500 سیکل حرارتی به دلیل ترک های خستگی در رابط via-to-pad شکست می خورند. ویزهای پر شده و درپوش دار به طور چشمگیری این حالت خرابی را بهبود می بخشد زیرا درپوش مسی تنش را دوباره توزیع می کند. اگر مشخصات محصول شما به عمر مزرعه 10 ساله نیاز دارد، برای همه پدهای BGA، پر کردن مس از طریق داخل پد را اجباری کنید. پر شده با اپوکسی را جایگزین نکنید مگر اینکه از طریق یک برنامه تست قابلیت اطمینان اختصاصی برد را تایید کرده باشید.

برای نواحی انتقال انعطاف‌پذیر به صلب یا تخته‌های HDI با هسته‌های نازک (زیر 0.1 میلی‌متر)، در مورد نحوه کار و ابزار پشتیبانی در طول مسیریابی و مونتاژ با سازنده مشورت کنید. برای جلوگیری از خم شدن در حین قرار دادن SMT، تخته ممکن است به یک سفت کننده یا یک حامل خاص نیاز داشته باشد. Flex PCB Process Manufacturing Process: An Overview for Beginners را ببینید که چگونه مواد انعطاف پذیر در طول لمینیت و جابجایی رفتار متفاوتی دارند.

استراتژی منبع یابی و ملاحظات EMS

بردهای HDI معمولاً گران‌تر و طولانی‌تر از PCBهای استاندارد هستند. استراتژی منبع یابی شما باید در حین طراحی شروع شود، نه پس از نهایی شدن Gerbers.

اندازه و کاربرد پنل

HDI حفاری میکروویا یک فرآیند مرحله‌ای و تکراری در پانل است. اندازه پانل بر هزینه تأثیر می گذارد: یک پانل 24 × 18 اینچی حاوی 25 کپی از یک برد 4 × 6 اینچی نسبت به یک پانل 18 × 12 اینچی با 6 نسخه مقرون به صرفه تر است. در نظر بگیرید که آیا طرح کلی تخته شما اجازه پانل‌سازی را بدون افزودن برگه‌های پرهزینه یا خطوط V-score که ردیف‌های میکروویا را قطع می‌کنند، می‌دهد یا خیر.

EMS ادغام

اگر از ارائه‌دهنده EMS برای مونتاژ استفاده می‌کنید، بررسی کنید که تجهیزات اشعه ایکس و AOI آن‌ها می‌توانند از طریق چگالی و گام BGA شما را کنترل کنند. یک EMS کم هزینه که فقط از AOI دو بعدی استفاده می کند، حفره های لحیم کاری را در اتصالات داخل پد از دست می دهد. قبل از امضای قرارداد، بیانیه قابلیت بازرسی آنها را بخواهید.

در Omini، ما جریان کامل بررسی DFM را از طریق پانل‌سازی، ساخت و مونتاژ انجام می‌دهیم. توصیه می‌کنیم به‌جای فایل‌های Gerber، stackup و از طریق لیست خود را در قالب ساختاریافته (مثلاً IPC-2581 یا ODB++) ارسال کنید، بنابراین بررسی DFM می‌تواند لایه‌بندی و از طریق ساختار برنامه را تأیید کند.

قبل از اینکه طرح خود را ارسال کنید، در نظر بگیرید که آیا یک تخته استاندارد 4 لایه با vias های کور به دقت برنامه ریزی شده می تواند محدودیت های شما را برآورده کند یا خیر. اگر مطمئن نیستید، برای مقایسه در سطح تولید، به نمای کلی عملی ما از رمزگشایی اتصال با چگالی بالا (HDI) PCB Technology مراجعه کنید. برای دید وسیع‌تر در مورد اینکه HDI چگونه در کل گردش کار تولید قرار می‌گیرد، فرایند ساخت برد مدار: مرجع عملی برای مبتدیان مراحل متوالی از لمینت خالی تا آزمایش الکتریکی نهایی را پوشش می‌دهد.

FAQ: Common HDI Design Questions

1. Why is HDI PCB design important for modern electronics?

HDI با استفاده از میکروویاها، خطوط ریز و چرخه‌های چند لایه لایه‌برداری، چگالی اجزای بالاتر، فاکتورهای شکل کوچک‌تر و عملکرد الکتریکی را بهبود می‌بخشد. برای بسته‌های BGA پیشرفته و دستگاه‌های قابل حمل که مساحت برد یک محدودیت اصلی است، ضروری است.

2. What are common mistakes engineers make in HDI PCB design?

اشتباهات رایج عبارتند از: نادرست بودن از طریق انباشتن، اندازه‌های ناکافی پد عکسبرداری، نادیده گرفتن محدودیت‌های نسبت تصویر و در نظر نگرفتن تعداد چرخه‌های لایه‌برداری. اینها منجر به عیوب ساخت، بازده کمتر و هزینه های بالاتر می شود. برای جزئیات بیشتر، قوانین خاص via را در صفحه دستورالعمل‌های طراحی HDI ما مرور کنید: HDI PCB دستورالعمل‌های جامع طراحی.

3. How can I verify my HDI design before fabrication?

با استفاده از ابزار EDA خود و گزارش DFM سازنده، یک بررسی DFM کامل انجام دهید. از طریق انواع، تقارن انباشته، در دسترس بودن مواد و سازگاری با پرداخت سطح تأیید کنید. stackup و via مورد نیاز خود را در RFQ به اشتراک بگذارید.

4. What information should I include in an HDI PCB RFQ?

شامل تعداد لایه، ضخامت تخته، نوع ماده (به عنوان مثال، FR4-TG170)، پرداخت سطح (به عنوان مثال، ENEPIG)، از طریق انواع (میکروویا، مدفون، کور)، حداقل اثر/فضا، و هرگونه الزامات امپدانس. همچنین مشخص کنید که آیا از via-in-pad استفاده می شود و آیا آن را پر و آبکاری می کند یا خیر.

5. Does HDI always require via-in-pad?

خیر. Via-in-pad فقط زمانی مورد نیاز است که گام BGA برای مسیریابی بین پدهای مجاور (معمولاً زیر 0.5 میلی متر) بسیار کوچک باشد. برای 0.5 میلی‌متر و بالاتر، اغلب می‌توانید از میان پدها با الگوی بادکش استخوانی سگ مسیریابی کنید، که از هزینه پر کردن جلوگیری می‌کند.

6. What laminate should I choose for an HDI board with high-speed signals?

برای سیگنال‌های 10+ گیگابیت در ثانیه، از یک لایه لایه کم تلفات با فرکانس Dk پایدار، مانند Panasonic Megtron 6 یا Isola 370HR استفاده کنید. برای منطق دیجیتال استاندارد در سرعت های پایین تر، FR4-TG170 قابل قبول است. لمینت را با حداکثر فرکانس مطابقت دهید، نه ضخامت تخته.

> Practical note: When you receive the manufacturer's DFM report, pay attention to the "via stacking" comments. If the fabricator flags your microvia capture pads as undersized, updating the pad diameter is a global change in your EDA tool — do it before panelization, not after.

> Engineering handoff note: HDI PCB Design: Comprehensive Guidelines, Process and Considerations, Flex PCB Manufacturing Process: An Overview for Beginners, and PCB Via-in-Pad Design Rules for BGA and HDI Boards before the release package is frozen.

> Also compare Decoding High-Density Interconnect (HDI) PCB Technology: An Overview and Circuit Board Manufacturing Process: A practical reference for Beginners before locking the quote scope.